杂环化合物

杂环化合物杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子——常见的是N、O、S等)的环状化合物。杂环化合物非芳香杂环芳杂环（符合休克尔规则的杂环）如如OONHNNHO,…………,,NHO,,,OOOOOO§1杂环化合物的分类和命名一、杂环化合物的分类杂环化合物单杂环稠杂环五元杂环六元杂环OSNN苯环及一个杂环两个杂环NNNNH二、命名杂环化合物的命名常用音译法，按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。NHOSNNN(pyrrole)(furan)(thiophene)(pyridine)(pyrimidine)NNNNHNNH(quinoline)(indole)(purine)吡咯呋喃噻吩吡啶嘧啶喹啉吲哚嘌呤ZZ=O,S,NHααββOCHOONO2NHCOCH3α-呋喃甲醛、β-硝基呋喃α-乙酰基吡咯2-呋喃甲醛、3-硝基呋喃2-乙酰基吡咯ONCH3NO2BrNSH3C3-甲基吡啶2-硝基-4-溴呋喃4-甲基噻唑N1423αβγNSNO1234512345N12345678NNNNH812345671345627NH9SSO3HNCH3ClNCH3CH32-噻吩磺酸3-甲基-5-氯喹啉1,4-二甲基异喹啉NCH2COOHHNCOOHNCO2CH3β-吲哚乙酸3-吡啶甲酸γ-吡啶甲酸甲酯SCONCOOHBrCH32-苯甲酰基噻吩1-甲基-4-溴-2-吡咯甲酸§2五元杂环化合物一、噻吩、吡咯、呋喃五元杂环化合物的结构OSNHSONHΠ56π为共轭体系电子=6符合4n+2具有芳性富电子芳环苯噻吡咯呋喃共轭能（KJ/mol）152125.290.471.1芳香性强弱次序为：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃二、噻吩、吡咯、呋喃的物理性质1、噻吩、吡咯、呋喃的物理性质2、噻吩、吡咯、呋喃的光谱性质OSNHα-Hα-Hα-H7.42ppm7.30ppm6.68ppmβ-Hβ-Hβ-H6.37ppm7.10ppm6.20ppmN-H8.0ppmNMRIRC-H3077~3003cm-1环伸缩振动1600~1300cm-1(2~4条)N-H3500~3200cm-1三、噻吩、吡咯、呋喃的化学性质1、亲电取代反应OSNH000000+0.1-0.03-0.02+0.20-0.06-0.04+0.32-0.10-0.06亲电取代反应的活性为：吡咯呋喃噻吩苯，主要进入α-位（1）、硝化反应Ac2ONO2CH3COONO2EE（2）、磺化反应HClEPy/SO3E+H5C5NH+Cl-SO3-H5C5NH+ESO3H（3）、卤化反应E(E=NH)BrBrBrBrIEEI2/HgOBrBr2EBr2(E=O,S)(E=O,S)（4）、Friedel-Crafts酰基化E=NH,不需催化剂E=O,SCOREacid=BF3,SnCl4,H3PO4+(RCO)2OEacidERER（邻对位基）ER（间位基）2、加成反应（1）、催化加氢ONHSH2,NiorPdH2,NiorPdH2,NiONHS四氢呋喃四氢吡咯(THF)不能用催化因噻吩能使中毒PdPd（2）、狄尔斯-阿尔德反应OOOO+30℃OOOOOOOO+内式外式(90%)3、吡咯的弱酸性和弱碱性NHNHNH2Kb×3.810-10210-42.510-14××原因：上的未共用电子对参与了环的共轭体系，减弱了与的结合力。NHNHOHKa=×1.310-10110-18110-15××CH3CH2OHNH+KOHNK+H2O固体热NH+RMgXN+H2OMgX干乙醚NHKOHNK（固体）热RCOClRINCORNRNHCORNHRNHRMgXNMgX干乙醚RCOClRINCORNRNHCORNHRNH+KOHNK+H2O固体热+RH+RMgXNMgXNHNHKOHNK（固体）热RCOClRINCORNRNHCORNHRNHRMgXNMgX干乙醚RCOClRINCORNRNHCORNHRNHNMgICH3MgIRCOClCH3ICORCH4CHCl3/KOHNNHCHON_NCH3KKN+N2ArNHN=NAr四、重要的五元杂环衍生物1、糠醛（1）、制备(C5H8O4)n3~5%H2SO4HOCHCHOHCH2OHCHCHOOHH2SO4稀CHO多聚戊糖戊糖呋喃甲醛水蒸气（2）、糠醛的性质A、氧化还原反应OCHOKMnO4弱碱性CuO,Cr2O315010MPa℃,V2O5-MoO320℃,O2,OCH2OHOCOOHOOO+CO2+H2OB、歧化反应OCHOOCH2OHOCOOH+浓碱C、羟醛缩合反应OCHOOCH=CHCHO+稀碱CH3CHOD、安息香缩合反应OCHOOCH醇溶液KOHCOOHO2、吡咯的重要衍生物αβδ12345678γNHNHNN五、五元杂环化合物的合成OOP2O5OSNP2S5(NH4)2CO3HSH3CCH3CH3COCH2CH2COCH3SH3CCH3CH3COCH2CO2C2H5NaOC2H5BrCH2COCH3NaOH（稀）H2OH+CH3COCH2CH2COCH3SH3CCH3P2S5OPhPhPhCOCH2CH2COPhOPhPhPhCO2C2H5NaOC2H5H2OP2O5+CH3CO2C2H5PhCOCH2CO2C2H5NaOC2H5I2NaOH（稀）H+OPhPh六、噻唑和咪唑1、噻唑NSSNCHCONHCROHOOCCH3CH3R=CH2CH2OCHCHCH2SCH3R=R=GVO常用青霉素为青霉素为青霉素为青霉素NNCH2NSCH3CH2CH2OHNH3ClCH3Cl噻唑环对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺乏时可以引起脚气病维生素B1（VB1）2、咪唑NNHNNHNHCO2CH3§3六元杂环化合物NNNO吡啶嘧啶吡喃一、吡啶1、吡啶的结构NNNH上的孤电子对在轨道上，参与环内共轭，为富电子芳环。上的孤电子对在轨道上，在环外未参与环内共轭。成环原子共平面体系C_sp2N_sp2Π66NPsp2NγNαβ1.430.841.010.87电荷分布亲电取代亲核取代Nββαγγα，位位2、吡啶的性质（1）、碱性与成盐HN+NH+RXN+RX-CH3NH2NH3NNH2pKb3.384.768.809.42N+HClNHClNNH3N+SO3CH2Cl2NSO3(90%)此反应常用于在反应中吸收生成的气态酸室温吡啶三氧化硫络合物是常用的缓和磺化剂NNNRIRI300℃INI+RROHNNRROH制取烷基吡啶的一种方法（2）、亲电取代反应NNClNBrNNO2NSO3H℃Cl2,AlCl3Br2,H2SO4HgSO4100300℃浮石催化气相浓220℃混酸300℃催化，氯吡啶溴吡啶硝基吡啶吡啶磺酸3333（3）、氧化还原反应A、氧化反应NNNN吡啶甲酸（烟酸）CH3KMnO4/HHNO3COOHCOOHαβ吡啶甲酸NNCH3C-OOHOONHNO3ONONO2H2SO490℃PCl3NNO2+POCl3CO2NCrO3NCO2HHB、还原反应NNHNHH2/NiNaC2H5OH（4）、亲核取代NNaNH2NH2ONHNaNNH2二甲苯胺中回流NNBrBrNaOMe/HOCH3BrOMe（5）、侧链α-H的反应NCH3+HCOPhNCH=CHPhZnCl2NNaOMe/HOCH3CH3+HCO2MeNCH2CHO二、嘧啶及其衍生物NNNNNNNNOHHOOHHOHOCH3NH2尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶(U)(T)(C)§4稠杂环化合物NNHNNNHN234567891112233445566778喹啉吲哚嘌呤(Quioline)(indole)(Purine)一、吲哚NHCH2CHCOOHNH2NHCH3β色氨酸构成蛋白质的重要成分甲基吲哚（粪臭素）很稀时有茉莉香味分解NHCH2CH2NH2HO5羟基色氨动物激素，参与神经思维的物质。NHCH2CH2NHAcCH3O脑白金MelatonineNHCH2COOHβ吲哚乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大则杀伤植物。如在侧链多一个就失去生理效能。CH2NHβ吲哚磺酸Br2,OO0℃C6H5COONO2CH3CN,0℃N.SO3溴吲哚硝基吲哚33NHNHNHBrNO2SO3H70%35%二、喹啉1、喹啉的性质N1.630.790.930.771.000.950.960.98（1）、取代反应NE+NNEE+NaNH2NNNH2A、亲电取代反应B、亲核取代反应N℃NNNNNNO2NO2BrBrNSO3HNHNaNNH2++H2O浓HNO3H2SO4浓浓+H2SO4浓+Br2Ag2SO4H2SO4,220KNH2.二甲苯100℃℃0（2）、氧化还原反应NN℃NNH100KMnO4CH3CH2OH,NaCOOHCOOH2、喹啉环的合成法——斯克劳普（Skraup）法：NNH2CH2-CH-CH2OHOHOH+H2SO4硝基苯84~91%反应过程：（1）、甘油脱水CH2OHCHOHCH2OHH2SO4(浓）CH2=CHCHO（2）、苯胺与丙烯醛进行Michael加成NH2+CH2=CHCHONHCH2CH=CHOH异构NHCH2CH2CHONHCH2CH2CHOH+NHCH2CH2CHOH+NHCH2CH2C+HOH（3）、质子化醛对苯环进行亲电取代NHCH2CH2C+HOHNHOHH+N-H+HH（4）、1，2-二氢喹啉的氧化NHNO2N+NH2NOHNH2OHOHNO2CH2OHCHOHCH2OHNCH3NH2NO2CH2=CHCOCH3NClNH2NO2ClClCH2OHCHOHCH2OH+OMichael加成酸氧化剂R氧化脱氢=H2SO4,ZnCl2氧化剂=ArNO2/As2O5/Fe3+NR'(H)RNR'(H)NH2RONHPhR酸3、喹啉的衍生物NCH3OCHHONCHCH2奎宁（金鸡钠碱）存在于金鸡钠树皮中，有抗疟疾疗效NNClNHCHHO(CH2)3-NC2H5C2H5CH2OCH3OCH3CH3OCH3O氯喹（合成抗疟疾药）罂粟碱HOOOHNCH312345678吗啡含一个被还原了的异喹啉环，是从鸦片中提取出来的。吗啡的盐酸盐是很强的镇痛药，能持续6小时，也能镇咳，但易上瘾。将羟基上的氢换成乙酰基，即为海洛因，不存在于自然界。海洛因比吗啡更易上瘾，可用来解除晚期癌症患者的痛苦。三、嘌呤NNNHNNNNNHⅡⅠ()()9H7H嘌呤嘌呤HNNHNHNHNNNHNOOOOHHOOH1、尿酸2、黄嘌呤HNNHNHNNNNHNOOOHHO3、咖啡碱、茶碱和可可碱NNNNOONNNNOONNNNHOONNNNOOHNNNNOOCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH34、腺嘌呤和鸟嘌呤NNNHNHNNNHNH2NONH2咖啡碱茶碱可可碱腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）1、掌握各类常见杂环化合物的结构和命名；2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、吲哚、喹啉等的化学性质；3、认识核酸组成中的重要碱基——嘧啶、嘌呤；了解叶绿素、血红素等卟啉环化合物；了解生物碱的有关知识。